JP2019077166A

JP2019077166A - アンダーカット面取りフランジを有するハット型補剛材プリフォームを作成する方法

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Publication number: JP2019077166A
Application number: JP2018130509A
Authority: JP
Inventors: アンドリュー・ケネス・グリン; Kenneth Glynn Andrew; マックス・マーリー・オズボーン; Merly Osbourne Max; ピーター・ジェイ・ロケット; J Lockett Peter
Original assignee: Boeing Co
Current assignee: Boeing Co
Priority date: 2017-10-19
Filing date: 2018-07-10
Publication date: 2019-05-23
Anticipated expiration: 2038-07-10
Also published as: JP7131998B2; EP3473416A1; CN109676954A; US10717240B2; EP3473416B1; AU2018205159B2; AU2018205159A1; CN109676954B; US20190118492A1

Abstract

【課題】スキン構造に対して強化材を補剛するために用いられる、ハット型補剛材の製造において、プリフォーム乾燥繊維に面取りアンダーカット構成を提供する方法を提供する。【解決手段】ハット型補剛材を製造する方法は、２つ以上の強化繊維層をマンドレルの周囲に位置決めするステップを含む。本方法は、２つ以上の強化繊維層の、第１の端部の第１の積み重ねと、２つ以上の強化繊維層の、第２の端部の第２の積み重ねとを形成する、２つ以上の強化繊維層を切断するステップをさらに含み、第１および第２の積み重ねは、マンドレルに対して重なり合う関係になる。また、本方法は、２つ以上の強化繊維層の、第１の端部の第１の積み重ねと、第２の端部の第２の積み重ねとを、マンドレルに対して重なり合う関係から移動させるステップをさらに含む。【選択図】なし

Description

本開示はハット型補剛材を製造する方法に関し、より詳細には、アンダーカット、および面取りしたフランジを有する、ハット型補剛材に関する。

例えば、ハット形状の補剛材と、スキン構造とによる、一体的に補剛された構造は、強化されるスキンとの境界面で応力が集中するのを低減するために、ハット形状の補剛材が、面取りされたフランジを有することがしばしば必要とされる。面取りされた構成、およびフランジのプライ縁部を囲い込む構成を実現するために、フランジに位置決めされたプライのアンダーカットが使用される。プライ縁部を囲い込むことで、フランジに配置されたプライの縁部から露出した炭素繊維を囲い込む。例えば、炭素で作られた繊維は、プライ縁部で帯電する可能性があり、プライ縁部はその後、特に燃料タンクの近くで不必要な電送リスクが生じることなく放電できるように、繊維端部を密封し、接着し、かつ接地させる必要がある。

未硬化の複合補剛材フランジの面取りは、特に角度が浅いものに対しては、実際には実現するのが困難な場合がある。この工程は、特殊な製造工程を介して、かなりの経常的な費用、または非経常的な費用が生じ、かつ／または許容される補剛材の形状、例えば、面取り角度、プリフォーム厚さ、曲率、パッドアップ（ｐａｄ−ｕｐｓ）に制限が生じる可能性がある。ハット型補剛材の、未硬化の複合フランジの面取りは通常、事前に含浸された材料と比較して、乾燥した材料で実現するほうがより困難であり、最小面取り角度などの許容される形状にさらに制限が生じる可能性がある。

フランジを正方形にして、面取りなしで構成することは構造的に有効ではなく、ハット型補剛材とスキンとを１つの一体化した構造物として、一体成形することと両立しない場合がある。また、正方形のフランジ縁部は、繊維端部で容易に帯電する不備な設計であり、繊維端部が正方形の縁部で露出して、製造後に密封することが必要になる。

アンダーカット面取りフランジを作成するために、手作業または自動化工程により、千鳥配列にしたプライドロップを用いて、補剛材プリフォームの個々のプライを千鳥配列にしたレイアップを用いることができるが、このような工程を適用するには、通常はかなりの経常的、かつ／または非経常的な費用が生じる。プライごとのハンドレイアップの工程を用いると、高い経常費用が発生する。ネットトリミング制限機（ｎｅｔｔｒｉｍｌｉｍｉｔａｔｉｏｎｍａｃｈｉｎｅ）を使用した自動化工程を用いると、高い非経常的な機器費用がかかり、その後の補剛材形成に対し、実現可能な曲率、プライの傾斜その他の構成が制限される可能性もある。

レイアップに少数のプライのみが使用された、非常に薄いフランジの製造では、プリプレグ補剛材の面取りをアンダーカットするために、事後形成トリミングを使用することが実際に行われている。乾燥した強化材に対してこの工程を再現することはまだ実際には行われておらず、乾燥した繊維プライの縁部がほつれるリスクがあるために、浅い面取り角度に対しては困難である可能性が高い。

スキン構造に対して強化材を補剛するために用いられる、ハット型補剛材の製造において、プリフォーム乾燥繊維に面取りアンダーカット構成を提供する方法が必要とされている。この方法は、面取りアンダーカットフランジを製造する費用を低く抑え、かつ必要な種々のフランジの厚さ、および様々な面取り角度に対応できるように、汎用性を有していなければならない。

１つの例は、２つ以上の強化繊維層をマンドレルの周囲に位置決めするステップを含む、ハット型補剛材を製造する方法を含む。本方法は、２つ以上の強化繊維層の第１の端部の第１の積み重ねと、２つ以上の強化繊維層の第２の端部の第２の積み重ねとを形成する、２つ以上の強化繊維層を切断するステップをさらに含み、第１および第２の積み重ねは、マンドレルに対して重なり合う関係になる。また、本方法は、２つ以上の強化繊維層の、第１の端部の第１の積み重ねと、第２の端部の第２の積み重ねとを、マンドレルに対して重なり合う関係から移動させるステップをさらに含む。

これまで述べてきた特徴、機能、および利点は、種々の実施形態において別個独立に達成することができ、あるいは以下の説明および図面を参照してさらなる詳細を見ることができる、さらに別の実施形態で組み合わせることができる。

航空機の平面図である。図１の２−２の線に沿った、航空機の翼の斜視断面図である。強化繊維層をマンドレルの周囲に位置決めするステップと、２つの隣接する強化繊維層同士の間に切断プレートを配置して、マンドレル組立体を完成させるステップとを含む、ハット型補剛材を製造する方法の、第１の実施形態におけるステップを順次示す、マンドレルの概略断面図である。切断するために支持具内で位置決めされた、図３のマンドレル組立体である。図４の後の図であり、２つ以上の強化繊維層が切断されて、強化繊維層の、第１の端部の第１の積み重ねと、強化繊維層の、第２の端部の第２の積み重ねとを形成しており、第１および第２の積み重ねが、マンドレルに対して重なり合う関係から移動されている図である。図５の後の図であり、切断プレートが除去され、径方向充填部材、および重なり合う複合スキンプライが取り付けられた図である。強化繊維層をマンドレルの周囲に位置決めして、マンドレル組立体を完成させるステップを含む、ハット型補剛材を製造する方法の第２の実施形態におけるステップを示す、別のマンドレルの概略断面図である。切断するために支持具内で位置決めされた、図７のマンドレル組立体である。図８の後の図であり、強化繊維の２つ以上の層が、強化繊維層の、第１の端部の第１の積み重ねと、強化繊維層の、第２の端部の第２の積み重ねとに切断されて、第１および第２の積み重ねが、マンドレルに対して重なり合う関係から移動されている図である。図９の後の図であり、図９のマンドレルが支持具から除去されて、第２のマンドレルの周囲に追加の強化繊維層が位置決めされた状態で、第２のマンドレルが支持具内にインサートされている図である。図１０の後の図であり、径方向充填部材、および重なり合う複合スキンプライが取り付けられている図である。ハット型補剛材を製造する方法のフローチャートである。

例えば、ハット型補剛材とスキン構造との、一体的に補剛された構造に対して説明したように、ハット型補剛材のフランジは、縁部を面取りすると応力集中が少なくなる。また、フランジのプライの縁部に沿って繊維を露出させるのではなく、ハット型補剛材のフランジ内にプライの縁部を囲い込むことによって、繊維の帯電を防止する性能が向上する。ハット型補剛材のフランジの、プライの縁部を囲い込むことなく、強化繊維がプライの縁部に沿って露出されていると、帯電のリスクを生じることなく放電できるように、繊維端部を密封し、接着し、かつ接地させることが必要になる。これは特に、燃料タンクの近くに配置された、ハット型補剛材のフランジについて重要である。

結果として、ハット型補剛材のフランジのプライ縁部に沿った、応力集中を少なくし、帯電を防止するために、アンダーカット面取りフランジを有するハット型補剛材を製造する必要がある。費用削減のために、自動化工程の使用を適用でき、かつ経常的な手作業費用を削減でき、また、高い機器費用を必要としない方法を提供する必要がある。

図１を参照すると、機体１２と翼１４とを有する航空機１０が示されている。ハット型補剛材は、機体１２のスキン、翼１４、および／または尾部組立体１６のスキンなどの航空機１０の構造物を強化するために使用されることが多い強化構造物である。この例では、翼１４の２−２の線に沿った断面が示され、これは、翼１４内で見ることができる、ハット型補剛材が使用される例示的な箇所を示す。図２を参照すると、ハット型補剛材１８は、翼１４の長さＬに沿って延伸する。ハット型補剛材１８は、ハット部２０と、この例では、翼１４のスキン２４に沿ってハット部２０の両側から延伸する、フランジ２２とを備える。

航空機１０の構造部、特に、大きな負荷を支持する構造部の製造において、この例では翼１４のスキン２４のような構造部を強化するために、ハット型補剛材１８が使用される。また、このような構造部の製造において、強化用のハット型補剛材１８と、翼１４のスキン２４との間のような一体成形取り付けを使用することは、翼１４の、一体的に形成されたスキン２４とハット型補剛材１８との組立体の強度を高めるために有利である。

図１２で説明する、ハット型補剛材１８を製造する方法３６の、第１の実施形態Ａは、アンダーカット面取りフランジ２２を有し、翼１４のスキン２４と一体成形され、この例では図３〜図６で見ることができる。図１２で説明する、ハット型補剛材１８を製造する方法３６の、第２の実施形態Ｂは、アンダーカット面取りフランジ２２を有し、スキン２４と一体成形され、この例では図７〜図１１で見ることができる。

ハット型補剛材１８を製造する方法３６の、第１の実施形態Ａに対しては、図３の（ａ）において、マンドレル２６が提供される。マンドレル２６は、いくつかの形状のうちの１つで構成することができ、この例では、丸められた、または径方向の角部２８が使用された、台形または長方形の形状のマンドレル２６である。マンドレル２６は、硬化工程によってマンドレル２６の形状に不都合な変形をきたすことなく、複合材料の複数のプライを支持するように、金属、複合材、ゴム、シリコーン、またはセラミック材料などの、強度が十分な材料で構成することができる。ハット型補剛材１８を製造する方法３６の、第２の実施形態Ｂについては、図７の（ａ）において、マンドレル３０が提供される。マンドレル３０は、いくつかの形状のうちの１つで構成することができ、この例では、丸められた、または径方向の角部３２が使用された、台形または長方形の形状のマンドレル３０であり、切断ノッチ３４が使用されている。マンドレル３０は、マンドレル２６に対して述べたように、硬化工程によってマンドレル３０の形状に不都合な変形をきたすことなく、複合材料の複数のプライを支持するように、金属、セラミック、複合材料、あるいは中空かつ加圧されたゴム、またはシリコーン材料などの、強度が十分な材料で構成することができる。

アンダーカット面取りフランジ２２を有する、図１２に示すハット型補剛材１８を製造する方法３６の、第１の実施形態Ａ、および第２の実施形態Ｂのそれぞれを実施する際に行われる、さらに詳細なステップを説明する前に、第１の実施形態Ａ、および第２の実施形態Ｂの両方に対する、ハット型補剛材１８を製造するための共通のステップについて説明する。これらのステップにより、ハット型補剛材１８用のアンダーカット面取りフランジの製造において、安価で信頼性の高い手法を提供する。

第１の実施形態Ａについて、図３の（ｄ）、および図１２を参照すると、ハット型補剛材１８を製造する方法３６は、２つ以上の強化繊維層３８をマンドレル２６の周囲に位置決めするステップ３７を含む。繊維層３８を位置決めしたうえで、方法３６は、図４に示す切断具４０で、切断線４２が繊維層３８を通って延伸するように、２つ以上の強化繊維層３８を切断するステップ３９を含む。繊維層３８を切断線４２に沿って切断すると、２つ以上の強化繊維層３８の第１の端部の第１の積み重ね４４が形成され、２つ以上の強化繊維層３８の第２の端部の第２の積み重ね４６も形成される。図４に見られるように、第１の端部の第１の積み重ね４４、および第２の端部の第２の積み重ね４６は両方とも、マンドレル２６に対して重なり合う関係になっている。方法３６は、例えば図５に見られるように、２つ以上の強化繊維層３８の第１の端部の第１の積み重ね４４と、第２の端部の第２の積み重ね４６とを、マンドレル２６に対して重なり合う関係から移動させるステップ４１をさらに含む。本明細書でより詳細に説明されるように、２つ以上の強化繊維層３８の、第１の端部の第１の積み重ね４４と、第２の端部の第２の積み重ね４６とが、図５に示すように位置決めされて、この例では注入および硬化によって構成されるハット型補剛材１８の、フランジ２２用の繊維層を形成し、これについては本明細書でさらに詳細に説明される。方法３６を使用することによって、フランジ２２は、結果としてできたプライの縁部が完成したフランジ２２内に囲い込まれるように、面取りされアンダーカットされる。

第２の方法の実施形態Ｂについて、図７の（ｂ）、および図１２を参照すると、ハット型補剛材１８を製造する方法３６は、２つ以上の強化繊維層３８をマンドレル３０の周囲に位置決めするステップ３７を含む。繊維層３８を位置決めしたうえで、方法３６は、図８に示す切断具４０で、切断線４２が繊維層３８を通って延伸するように、２つ以上の強化繊維層３８を切断するステップ３９を含む。繊維層３８を切断線４２に沿って切断すると、２つ以上の強化繊維層３８の第１の端部の第１の積み重ね４４が形成され、２つ以上の強化繊維層３８の第２の端部の第２の積み重ね４６も形成される。図８に見られるように、第１の端部の第１の積み重ね４４、および第２の端部の第２の積み重ね４６は両方とも、マンドレル３０に対して重なり合う関係になっている。方法３６は、例えば図９に見られるように、２つ以上の強化繊維層３８の第１の端部の第１の積み重ね４４と、第２の端部の第２の積み重ね４６とを、マンドレル３０に対して重なり合う関係から移動させるステップをさらに含む。本明細書でより詳細に説明されるように、２つ以上の強化繊維層３８の、第１の端部の第１の積み重ね４４と、第２の端部の第２の積み重ね４６とが、図９に示すように位置決めされて、この例では注入および硬化によって構成されるハット型補剛材１８の、フランジ２２用の繊維層を形成し、これについては本明細書でさらに詳細に説明される。方法３６を使用することによって、フランジ２２は、結果としてできたプライの縁部が完成したフランジ２２内に囲い込まれるように、面取りされアンダーカットされる。

方法３６の、２つ以上の強化繊維層３８をマンドレル２６の周囲に位置決めするステップ３７の、第１の実施形態Ａについて、図３〜図６、および図１２を参照すると、この例には、２つ以上の強化繊維層３８が編組され（図示せず）、かつ２つ以上の強化繊維層３８が、図３の（ｄ）に示すように、マンドレル２６の周囲に同心に配置されることがさらに含まれる。強化繊維層は、編組、およびフィラメント巻を含む、いくつかの構成のうちのいずれか１つで配置され、炭素、ガラス、アラミド、ケブラー繊維などのいくつかの材料のうちの１つで構成することができる。この例では、炭素繊維が用いられ、かつ自動編組機で用いる、繊維の編組配置が使用され、同心に位置決めされた層は、マンドレル２６に直接編組することができる。あるいは、編組層は、マンドレル２６とは別に編組して、後でマンドレル２６に取り付けることができる。いずれの配置においても、自動化機器の利用は、２つ以上の強化繊維層３８をマンドレル２６に位置決めするステップ３７に容易に適用することができる。

図３をさらに参照すると、２つ以上の強化繊維層３８を位置決めするステップ３７は、図３の（ｂ）−（ｄ）に示すように、少なくとも１つの追加の強化繊維層４８を位置決めすることをさらに含む。この例では、少なくとも１つの追加の強化繊維層４８は、図３の（ｄ）に示すように、マンドレル２６の周囲に位置決めされた複数の追加の強化繊維層４８を含み、少なくとも２つ以上の強化繊維層３８と、マンドレル２６との間に位置決めされる。この例では、少なくとも１つの追加の強化繊維層４８が、図３の（ｂ）に示すように、マンドレル２６の周囲に位置決めされてから、図３の（ｄ）に示すように、２つ以上の強化繊維層３８がマンドレル２６の周囲に位置決めされる。２つ以上の強化繊維層３８を位置決めするステップ３７は、図３の（ｃ）に示すように、切断プレート５０を位置決めすることをさらに含み、結果的に切断プレート５０は、この例では図３の（ｄ）に示すように、２つ以上の強化繊維層３８と、少なくとも１つの追加の強化繊維層４８との間に位置決めされる。切断プレート５０は、金属または複合材などの強固な材料で構成されて、切断具４０からくる衝撃を受けて、切断プレート５０の下に位置決めされた少なくとも１つの追加の強化繊維層４８に損傷が生じるのを防止する。

図４および図１２を参照すると、方法３６は、この例では、２つ以上の強化繊維層３８と、切断プレート５０と、少なくとも１つの追加の強化繊維層４８とを有するマンドレル２６を、支持具５２の中に位置決めするステップ３７をさらに含む。方法３６は、２つ以上の強化繊維層３８を切断するステップ３９をさらに含み、２つ以上の強化繊維層３８の切断は、図４に示すように切断プレート５０と位置を合わせて行われ、その結果は切断線４２で示されている。

図５および図１２を参照すると、第１の端部の第１の積み重ね４４、および第２の端部の第２の積み重ね４６を移動させるステップ４１は、第１の端部の第１の積み重ね４４の部分５４を、支持具５２の第１の部分５８と重なり合って、第１の方向５６に延伸するように位置決めするステップを含む。ステップ４１は、第２の端部の第２の積み重ね４６の部分６０を、支持具５２の第２の部分６４と重なり合って、第２の方向６２に延伸するように位置決めすることをさらに含み、第１の方向５６、および第２の方向６２は、互いに反対方向に延伸する。第１の端部の第１の積み重ね４４、および第２の端部の第２の積み重ね４６を移動させるステップ４１は、第１の端部の第１の積み重ね４４の少なくとも１つの層６８の、第１の端部片６６を位置決めすることをさらに含み、第１の端部片６６は、第１の方向５６に対して傾斜した関係で、方向６９に延伸する。第１の端部片６６をこのように傾斜して延伸させることは、支持具５２の傾斜壁７１によって容易になる。同様に、ステップ４１は、第２の端部の第２の積み重ね４６の、少なくとも１つの層７２の第２の端部片７０を、第２の方向６２に対して傾斜した関係で、方向７３に位置決めすることをさらに含む。第２の端部片７０をこのように傾斜して延伸させることは、支持具５２の傾斜壁７７によって容易になる。

少なくとも２つの強化繊維層３８内の各強化繊維層は、図３の（ｄ）、および図４に示すように互いに同心になり、各強化繊維層の長さは、各層がマンドレル２６から離れて位置決めされるにつれて増加する。したがって、第１の積み重ね４４の少なくとも１つの層６８は、２つ以上の強化繊維層３８が切断される前に、図３の（ｄ）、および図４に示すように、層６５の一部として、マンドレル２６から最も遠いところに事前に位置決めされたものである。したがって、第１の積み重ね４４の少なくとも１つの層６８は、２つ以上の強化繊維層３８内の最も長い層６５の一部であり、少なくとも１つの層６８は、図３の（ｄ）、および図４に示すように、支持具５２に沿って、２番目に長い層６７の一部だった第１の積み重ね４４の層７６よりも遠くに延伸する。図５に示すように、２つ以上の強化繊維層３８が切断されて、第１の積み重ね４４内に位置決めされていると、支持具５２のさらに上方に位置決めされた層は、支持具５２に沿って、より短い距離で延伸する。結果として、第１の積み重ね４４の縁部７９に面取り構成が付与されて、ハット型補剛材１８の対応するフランジ２２が面取りされる。

２つ以上の強化繊維層３８を貫通して切断が行われると、第１の積み重ね４４は、図５に示すように、マンドレル２６に対して重なり合う関係から移動される。第１の積み重ね４４内の層は、図５に示すように、支持具５２の湾曲７５に関連する、半径の中心７４の周囲で曲がっており、前述したように、面取りされた縁部７９を形成するように延伸する。

２つ以上の強化繊維層３８内の強化繊維層は、前述の通り、図３の（ｄ）、および図４に示すように互いに同心に位置決めされる。各強化繊維層の長さは、各層がマンドレル２６から離れて位置決めされるにつれて増加する。したがって、第２の積み重ね４６の少なくとも１つの層７２は、２つ以上の強化繊維層３８が切断される前に、図３の（ｄ）、および図４に示すように、層６５の一部として、マンドレル２６から最も遠いところに事前に位置決めされたものである。したがって、第２の積み重ね４６の少なくとも１つの層７２は、少なくとも２つの強化繊維層３８内の最も長い層６５の一部であり、図３の（ｄ）、および図４に示すように、支持具５２に沿って、２番目に長い層６７の一部だった第２の積み重ね４６の層７８よりも遠くに延伸する。図５に示すように、２つ以上の強化繊維層３８が切断されて、第２の積み重ね４６内に位置決めされていると、支持具５２のさらに上方に位置決めされた層は、支持具５２に沿って、より短い距離で延伸する。結果として、第２の積み重ね４６の縁部８０に面取り構成が付与されて、ハット型補剛材１８の対応するフランジ２２が面取りされる。

少なくとも２つの強化繊維層３８を貫通して切断が行われると、第２の積み重ね４６は、マンドレル２６に対して重なり合う関係から移動される。第２の積み重ね４６の層は、図５に示すように、支持具５２の湾曲した傾斜壁８３に関連する、半径の中心８１の周囲で曲がっており、前述したように、面取りされた縁部８０を形成するように延伸する。

第１の端部の第１の積み重ね４４の中の、少なくとも１つの層６８、ならびに第２の端部の第２の積み重ね４６の中の、少なくとも１つの層７２について、前述したように、これらはそれぞれ、第１の端部片６６、および第２の端部片７０をそれぞれ有し、方向６９、および方向７３にそれぞれ延伸する。方向６９、および方向７３が、第１の方向５６、および第２の方向６２に対してそれぞれ傾斜した関係で延伸し、少なくとも１つの層６８、および少なくとも１つの層７２が、それぞれ第１の積み重ね４４、および第２の積み重ね４６内で、支持具５２に沿って他の層よりも長く延伸すると、少なくとも１つの層６８、および少なくとも１つの層７２は、残りの層を第１の積み重ね４４、および第２の積み重ね４６内にそれぞれ囲い込む。結果として、第１の積み重ね４４、および第２の積み重ね４６の囲い込まれた層に位置決めされた繊維は、第１の積み重ね４４の縁部７９の外側、または第２の積み重ね４６の縁部８０の外側に露出しない。この構成により、繊維がハット型補剛材１８のフランジ２２の縁部で露出するのを防止し、かつハット型補剛材１８のフランジ２２となる、縁部７９または８０の両方で生じる帯電を防止する。

自動化工程で実施できる、２つ以上の強化繊維層３８を切断するステップ３９で、第１の端部の第１の積み重ね４４、および第２の端部の第２の積み重ね４６が形成される。方法３６には、切断プレート５０を除去するステップがさらに含まれ、これは、第１の積み重ね４４、および第２の積み重ね４６を、マンドレル２６に対して重なり合う関係から移動させるステップ４１を可能にするように実施することができる。この例では、切断プレート５０を除去するステップと、第１の積み重ね４４、および第２の積み重ね４６をマンドレル２６に対して重なり合う関係から移動させるステップとは、自動化工程において容易にすることができ、切断プレート５０の下に膨張可能なブラダ（図示せず）を位置決めしてもよく、例えば、その結果ブラダは切断具４０から保護され、切断プレート５０の上方に位置決めされた２つ以上の強化繊維層３８の切断が完了すると膨張する。ブラダの膨張によって、切断プレート５０を支持具５２から離して除去することができ、第１の積み重ね４４、および第２の積み重ね４６は、マンドレル２６に対して重なり合う関係から移動されて、図６に示すように、支持具５２と重なり合う関係に位置決めすることができる。

切断プレート５０を除去し、図６に示すように、第１の端部の第１の積み重ね４４、および第２の端部の第２の積み重ね４６を支持具と重なり合う関係に移動させて、ハット型補剛材１８を製造する方法３６は、この例では、少なくとも１つの追加の強化繊維層４８の最終層８４に隣接して、かつ２つ以上の強化繊維層３８の、第１の端部の第１の積み重ね４４の最終層８６に隣接して、第１の径方向充填部材８２を位置決めするステップをさらに含む。この例では、最終層８４は、マンドレル２６から最も遠くに位置決めされた、少なくとも１つの追加の強化繊維層４８の中の強化繊維層であり、第１の端部の第１の積み重ね４４の最終層８６は、支持具５２の第１の部分５８から最も遠くに位置決めされた、第１の端部の第１の積み重ね４４の中の強化繊維層である。この例では、少なくとも１つの追加の強化繊維層４８の最終層８４に隣接して、かつ２つ以上の強化繊維層３８の、第２の端部の第２の積み重ね４６の最終層９０に隣接して、第２の径方向充填部材８８を位置決めするステップがさらに含まれる。この例では、最終層８４は前述したように、マンドレル２６から最も遠くに位置決めされた、少なくとも１つの追加の強化繊維層４８の中の強化繊維層であり、第２の端部の第２の積み重ね４６の最終層９０は、支持具５２の第２の部分６４から最も遠くに位置決めされた、２つ以上の強化繊維層３８の、第２の端部の第２の積み重ね４６の強化繊維層である。

ハット型補剛材１８を製造する方法３６は、少なくとも１つの複合スキンプライ９２を、２つ以上の強化繊維層３８の、第１の端部の第１の積み重ね４４と、２つ以上の強化繊維層３８の、第２の端部の第２の積み重ね４６と、第１の径方向充填部材８２および第２の径方向充填部材８８と、少なくとも１つの追加の強化繊維層４８の最終層８４とに対して、重なり合う位置に位置決めするステップをさらに含む。この例では、少なくとも１つの追加の強化繊維層４８内の複数の層が使用され、かつ少なくとも１つの複合スキンプライ９２内の複数の層が使用される。

方法３６には、２つ以上の強化繊維層３８の、第１の端部の第１の積み重ね４４、２つ以上の強化繊維層３８の、第２の端部の第２の積み重ね４６、第１の端部の第１の積み重ね４４と、第２の端部の第２の積み重ね４６との間に位置決めされた、２つ以上の強化繊維層３８の残り８７、第１の径方向充填部材８２および第２の径方向充填部材８８、ならびに少なくとも１つの追加の強化繊維層４８を含む、プリフォーム組立体の中に、樹脂を注入するステップがさらに含まれる。

ハット型補剛材１８を製造する方法３６には、２つ以上の強化繊維層３８の、第１の端部の第１の積み重ね４４、２つ以上の強化繊維層３８の、第２の端部の第２の積み重ね４６、第１の端部の第１の積み重ね４４と、第２の端部の第２の積み重ね４６との間に位置決めされた、２つ以上の強化繊維層３８の残り８７、第１の径方向充填部材８２および第２の径方向充填部材８８、ならびに少なくとも１つの追加の強化繊維層４８を含む、注入したプリフォーム組立体を、少なくとも１つの複合スキンプライ９２と一体成形するステップがさらに含まれ、その結果、スキン２４の少なくとも１つの複合スキンプライ９２と一体成形された、アンダーカット面取りフランジを有するハット型補剛材１８が製造される。

図７〜図１１を参照すると、ハット型補剛材１８を製造する方法３６の、第２の実施形態Ｂのステップを見ることができる。先に述べたように、切断ノッチ３４を有するマンドレル３０が図７の（ａ）に示されており、アンダーカット面取りフランジ２２を有するハット型補剛材１８を製造するのに使用される。２つ以上の強化繊維層３８をマンドレル３０の周囲に位置決めするステップ３７が、図７の（ｂ）に示されている。図７の（ｂ）に示すように、２つ以上の強化繊維層３８をマンドレル３０の周囲に位置決めするステップ３７は、２つ以上の強化繊維層３８を、マンドレル３０に位置決めされた切断ノッチ３４に対して重なり合う関係で位置決めすることをさらに含む。さらに、図８に示すように、マンドレル３０と、２つ以上の強化繊維層とを支持具５２の中に位置決めするステップが含まれる。

切断具４０で２つ以上の強化繊維層３８を切断するステップ３９が完了すると、図８に示すように、切断線４２が繊維層３８を通り、２つ以上の強化繊維層３８の、第１の端部の第１の積み重ね４４、および２つ以上の強化繊維層３８の、第２の端部の第２の積み重ね４６が形成され、マンドレル３０に対して重なり合う関係になる。図９を参照すると、第１の端部の第１の積み重ね４４、および第２の端部の第２の積み重ね４６を移動させるステップ４１は、２つ以上の強化繊維層３８の、第１の端部の第１の積み重ね４４の部分５４を、支持具５２の第１の部分５８と重なり合って、第１の方向５６に延伸するように位置決めするステップを含む。ステップ４１は、２つ以上の強化繊維層３８の、第２の端部の第２の積み重ね４６の部分６０を、支持具５２の第２の部分６４と重なり合って、第２の方向６２に延伸するように位置決めすることをさらに含み、第１の方向５６、および第２の方向６２は、互いに反対方向に延伸する。

図９を参照すると、２つ以上の強化繊維層３８の、第１の端部の第１の積み重ね４４、および第２の端部の第２の積み重ね４６を移動させるステップ４１は、第１の端部片６６を、第１の方向５６に対して傾斜した関係で、方向６９に延伸させるステップを含む。第１の端部片６６をこのように傾斜して延伸させることは、支持具５２の傾斜壁７１によって容易になる。同様に、ステップ４１は、第２の端部の第２の積み重ね４６の、少なくとも１つの層７２の第２の端部片７０を、第２の方向６２に対して傾斜した関係で、方向７３に延伸するように位置決めすることをさらに含む。第２の端部片７０をこのように傾斜して延伸させることは、支持具５２の傾斜壁７７によって容易になる。

少なくとも２つの強化繊維層３８内の各強化繊維層は、図７の（ｂ）に示すように互いに同心になり、各強化繊維層の長さは、各層がマンドレル３０から離れて位置決めされるにつれて増加する。したがって、第１の積み重ね４４の少なくとも１つの層６８は、２つ以上の強化繊維層３８が切断される前に、図７の（ｂ）に示すように、層６５の一部として、マンドレル３０から最も遠いところに事前に位置決めされたものである。したがって、第１の積み重ね４４の少なくとも１つの層６８は、２つ以上の強化繊維層３８内の最も長い層６５の一部であり、少なくとも１つの層６８は、図７の（ｂ）に示すように、支持具５２に沿って、２番目に長い層６７の一部だった第１の積み重ね４４の層７６よりも遠くに延伸する。図９に示すように、２つ以上の強化繊維層３８が切断されて、第１の積み重ね４４内に位置決めされていると、支持具５２のさらに上方に位置決めされた層は、支持具５２に沿って、より短い距離で延伸する。結果として、第１の積み重ね４４の縁部７９に面取り構成が付与されて、対応するフランジ２２は、ハット型補剛材１８が面取りされた構成になる。

２つ以上の強化繊維層３８を貫通して切断が行われると、第１の積み重ね４４は、図９に示すように、マンドレル２６に対して重なり合う関係から移動される。第１の積み重ね４４内の層は、図９に示すように、支持具５２の湾曲７５に関連する、半径の中心７４の周囲で曲がっており、前述したように、面取りされた縁部７９を形成するように延伸する。

２つ以上の強化繊維層３８内の強化繊維層は、前述の通り、図７の（ｂ）に示すように互いに同心に位置決めされる。各強化繊維層の長さは、各層がマンドレル３０から離れて位置決めされるにつれて増加する。したがって、第２の積み重ね４６の少なくとも１つの層７２は、２つ以上の強化繊維層３８が切断される前に、図３の（ｄ）、および図４に示すように、層６５の一部として、マンドレル２６から最も遠いところに事前に位置決めされたものである。したがって、第２の積み重ね４６の少なくとも１つの層７２は、少なくとも２つの強化繊維層３８内の最も長い層６５の一部であり、図３の（ｄ）に示すように、支持具５２に沿って、２番目に長い層６７の一部だった第２の積み重ね４６の層７８よりも遠くに延伸する。図９に示すように、２つ以上の強化繊維層３８が切断されて、第２の積み重ね４６内に位置決めされていると、支持具５２のさらに上方に位置決めされた層は、支持具５２に沿って、より短い距離で延伸する。結果として、第２の積み重ね４６の縁部８０に面取り構成が付与されて、対応するフランジ２２は、ハット型補剛材１８が面取りされた構成になる。

少なくとも２つの強化繊維層３８を貫通して切断が行われると、第２の積み重ね４６は、マンドレル３０に対して重なり合う関係から移動される。第２の積み重ね４６の層は、図９に示すように、支持具５２の湾曲した傾斜壁８３に関連付けられる、半径の中心８１の周囲で曲がっており、前述したように、面取りされた縁部８０を形成するように延伸する。

第１の端部の第１の積み重ね４４の中の、少なくとも１つの層６８、ならびに第２の端部の第２の積み重ね４６の中の、少なくとも１つの層７２について、前述したように、これらはそれぞれ、第１の端部片６６、および第２の端部片７０をそれぞれ有し、方向６９、および方向７３にそれぞれ延伸する。方向６９、および方向７３が、第１の方向５６、および第２の方向６２に対してそれぞれ傾斜した関係で延伸し、少なくとも１つの層６８、および少なくとも１つの層７２が、それぞれ第１の積み重ね４４、および第２の積み重ね４６内で、支持具５２に沿って他の層よりも長く延伸すると、少なくとも１つの層６８、および少なくとも１つの層７２は、残りの層を第１の積み重ね４４、および第２の積み重ね４６内にそれぞれ囲い込む。結果として、第１の積み重ね４４、および第２の積み重ね４６の囲い込まれた層に位置決めされた繊維は、第１の積み重ね４４の縁部７９の外側、または第２の積み重ね４６の縁部８０の外側に露出しない。この構成により、強化繊維がハット型補剛材１８のフランジ２２の縁部で露出するのを防止し、かつハット型補剛材１８のフランジ２２となる、縁部７９または８０の両方において帯電を防止する。

方法３６の第２の実施形態Ｂでは、切断具４０で２つ以上の強化繊維層３８の切断することと、先に第１の実施形態Ａについて述べたように、膨張可能なブラダで、第１の端部の第１の積み重ね４４、および第２の端部の第２の積み重ね４６を移動させることとの両方に、自動化工程を使用することができる。

図９を参照すると、方法３６は、第２の実施形態Ｂにおいて、支持具５２からマンドレル３０を除去するステップをさらに含む。さらに、少なくとも１つの追加の強化繊維層４８を、第２のマンドレル９４（図示せず）の周囲に位置決めするステップが含まれる。少なくとも１つの追加の強化繊維層４８をこのように適用するには、この例におけるように、少なくとも１つの追加の強化繊維層４８を第２のマンドレル９４に自動編組すること、あるいは少なくとも１つの追加の強化繊維層４８を第２のマンドレル９４とは別に編組して、第２のマンドレル９４に少なくとも１つの追加の強化繊維層４８を位置決めすることが含まれ得る。繊維層４８の構成には、異なる構成および材料を使用することができ、これは、２つ以上の強化繊維層３８について先に説明した通りに使用することができる。この例では、少なくとも１つの追加の強化繊維層４８に、複数の強化繊維層が使用されている。方法３６は、図１０に示すように、第２のマンドレル９４を、少なくとも１つの追加の強化繊維層４８と共に、支持具５２に位置決めするステップをさらに含む。

図１１を参照すると、方法３６は、少なくとも１つの追加の強化繊維層４８の最終層８４に隣接して、かつ２つ以上の強化繊維層３８の、第１の端部の第１の積み重ね４４の最終層８６に隣接して、第１の径方向充填部材８２を位置決めするステップをさらに含む。方法３６は、少なくとも１つの追加の強化繊維層４８の最終層８４に隣接して、かつ２つ以上の強化繊維層３８の、第２の端部の第２の積み重ね４６の最終層９０に隣接して、第２の径方向充填部材８８を位置決めするステップをさらに含む。

方法３６は、少なくとも１つの複合スキンプライ９２を、２つ以上の強化繊維層３８の、第１の端部の第１の積み重ね４４と、２つ以上の強化繊維層３８の、第２の端部の第２の積み重ね４６と、第１の径方向充填部材８２および第２の径方向充填部材８８と、少なくとも１つの追加の強化繊維層４８の最終層８４とに関して、重なり合う位置に位置決めするステップをさらに含む。方法３６は、少なくとも１つの追加の強化繊維層４８、第１の径方向充填部材８２および第２の径方向充填部材８８、２つ以上の強化繊維層３８の、第１の端部の第１の積み重ね４４、２つ以上の強化繊維層３８の、第２の端部の第２の積み重ね４６、ならびに第１の端部の第１の積み重ね４４と、第２の端部の第２の積み重ね４６との間に位置決めされた、２つ以上の強化繊維層３８の残り８７を含む、プリフォーム組立体の中に、樹脂を注入するステップをさらに含む。樹脂の注入が完了すると、方法３６は、注入されたプリフォーム組立体を、少なくとも１つの複合スキンプライ９２と一体成形するステップをさらに含み、プリフォーム組立体は、少なくとも１つの追加の強化繊維層４８、第１の径方向充填部材８２および第２の径方向充填部材８８、２つ以上の強化繊維層３８の、第１の端部の第１の積み重ね４４、２つ以上の強化繊維層３８の、第２の端部の第２の積み重ね４６、ならびに第１の端部の第１の積み重ね４４と、第２の端部の第２の積み重ね４６との間に位置決めされた、２つ以上の強化繊維層３８の残り８７を含む。

様々な実施形態について述べてきたが、本開示は、それに限定されることを意図するものではない。開示した実施形態に対して変更を加えることができ、これも添付の特許請求の範囲内である。

１０航空機
１２機体
１４翼
１６尾部組立体
１８ハット型補剛材
２０ハット部
２２アンダーカット面取りフランジ
２４スキン
２６マンドレル
２８角部
３０マンドレル
３２角部
３４切断ノッチ
３６方法
３８２つ以上の強化繊維層
４０切断具
４２切断線
４４第１の端部の第１の積み重ね
４６第２の端部の第２の積み重ね
４８追加の強化繊維層
５０切断プレート
５２支持具
５４第１の積み重ねの部分
５６第１の方向
５８支持具の第１の部分
６０第２の積み重ねの部分
６２第２の方向
６４支持具の第２の部分
６５層
６６第１の端部片
６７層
６８少なくとも１つの層
６９方向
７０第２の端部片
７１傾斜壁
７２少なくとも１つの層
７３方向
７４半径の中心
７５湾曲
７６第１の積み重ねの層
７７傾斜壁
７８第２の積み重ねの層
７９縁部
８０縁部
８１半径の中心
８２第１の径方向充填部材
８３傾斜壁
８４少なくとも１つの追加の強化繊維層の最終層
８６第１の積み重ねの最終層
８７２つ以上の強化繊維層の残り
８８第２の径方向充填部材
９０第２の積み重ねの最終層
９２複合スキンプライ
９４第２のマンドレル

Claims

２つ以上の強化繊維層をマンドレルの周囲に配置するステップと、
前記２つ以上の強化繊維層を切断して、前記２つ以上の強化繊維層の第１の端部の第１の積み重ねと、前記２つ以上の強化繊維層の第２の端部の第２の積み重ねとを形成するステップであって、前記第１の積み重ねと前記第２の積み重ねとは、前記マンドレルに対して重なり合う関係である、ステップと、
前記２つ以上の強化繊維層の、前記第１の端部の前記第１の積み重ね、および前記第２の端部の前記第２の積み重ねを、前記マンドレルに対して重なり合う関係から移動させるステップと
を含む、ハット型補剛材を製造する方法。
前記２つ以上の強化繊維層を前記マンドレルの周囲に配置する前記ステップが、前記２つ以上の強化繊維層が編組され、かつ前記２つ以上の強化繊維層が、前記マンドレルの周囲に同心に配置されることをさらに含む、請求項１に記載の製造する方法。
前記２つ以上の強化繊維層を配置する前記ステップが、前記少なくとも２つ以上の強化繊維層と前記マンドレルとの間に位置決めされる少なくとも１つの追加の強化繊維層を前記マンドレルの周囲に配置するステップをさらに含み、
前記２つ以上の強化繊維層を配置する前記ステップが、前記少なくとも２つ以上の強化繊維層と、前記少なくとも１つの追加の強化繊維層との間に位置決めされる切断プレートを配置するステップをさらに含む、
請求項１または２に記載の製造する方法。
前記マンドレルを、前記２つ以上の強化繊維層、前記切断プレート、および前記少なくとも１つの追加の強化繊維層と共に支持具の中に配置するステップをさらに含む、請求項３に記載の製造する方法。
前記２つ以上の強化繊維層を切断する前記ステップが、前記２つ以上の強化繊維層を前記切断プレートと位置合わせして切断するステップを含む、請求項４に記載の製造する方法。
前記第１の端部の前記第１の積み重ね、および前記第２の端部の前記第２の積み重ねを移動させる前記ステップが、
前記第１の端部の前記第１の積み重ねの一部を、前記支持具の第１の部分と重なり合う第１の方向に延伸するように配置するステップと、
前記第２の端部の前記第２の積み重ねの一部を、前記支持具の第２の部分と重なり合う第２の方向に延伸するように配置するステップとを含み、前記第１および第２の方向が、互いに反対方向に延伸する、
請求項５に記載の製造する方法。
前記切断プレートを除去するステップをさらに含む、請求項６に記載の製造する方法。
前記第１の端部の前記第１の積み重ね、および前記第２の端部の前記第２の積み重ねを移動させる前記ステップが、
前記第１の端部の前記第１の積み重ねの少なくとも１つの層の第１の端部片を、前記第１の方向に対して傾斜した関係で配置するステップと、
前記第２の端部の前記第２の積み重ねの少なくとも１つの層の第２の端部片を、前記第２の方向に対して傾斜した関係で配置するステップと
をさらに含む、請求項６または７に記載の製造する方法。
第１の径方向充填部材を、前記少なくとも１つの追加の強化繊維層の最終層に隣接して、かつ前記２つ以上の強化繊維層の前記第１の端部の前記第１の積み重ねの最終層に隣接して配置するステップと、
第２の径方向充填部材を、前記少なくとも１つの追加の強化繊維層の最終層に隣接して、かつ前記２つ以上の強化繊維層の前記第２の端部の前記第２の積み重ねの最終層に隣接して配置するステップと
をさらに含む、請求項６〜８のいずれか一項に記載の製造する方法。
少なくとも１つの複合スキンプライを、前記２つ以上の強化繊維層の前記第１の端部の前記第１の積み重ね、前記２つ以上の強化繊維層の前記第２の端部の前記第２の積み重ね、前記第１および第２の径方向充填部材、ならびに前記少なくとも１つの追加の強化繊維層の前記最終層に対して、重なり合う位置に配置するステップと、
前記２つ以上の強化繊維層の前記第１の端部の前記第１の積み重ね、前記２つ以上の強化繊維層の前記第２の端部の前記第２の積み重ね、前記第１の端部の前記第１の積み重ねと、前記第２の端部の前記第２の積み重ねとの間に配置された前記２つ以上の強化繊維層の残り、前記第１および第２の径方向充填部材、ならびに前記少なくとも１つの追加の強化繊維層を含むプリフォーム組立体内に、樹脂を注入するステップと、
前記２つ以上の強化繊維層の前記第１の端部の前記第１の積み重ね、前記２つ以上の強化繊維層の前記第２の端部の前記第２の積み重ね、前記第１の端部の前記第１の積み重ねと、前記第２の端部の前記第２の積み重ねとの間に配置された前記２つ以上の強化繊維層の前記残り、前記第１および第２の径方向充填部材、ならびに前記少なくとも１つの追加の強化繊維層を含む、前記注入されたプリフォーム組立体を、前記少なくとも１つの複合スキンプライと一体成形するステップと
をさらに含む、請求項９に記載の製造する方法。
前記２つ以上の強化繊維層を前記マンドレルに配置する前記ステップが、前記２つ以上の強化繊維層を、前記マンドレルに配置された切断ノッチに対して重なり合う関係で配置するステップを含む、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の製造する方法。
前記マンドレルと、前記２つ以上の強化繊維層とを支持具の中に配置するステップをさらに含む、請求項１１に記載の製造する方法。
前記第１の端部の前記第１の積み重ね、および前記第２の端部の前記第２の積み重ねを移動させる前記ステップが、
前記２つ以上の強化繊維層の前記第１の端部の前記第１の積み重ねの一部を、前記支持具の第１の部分と重なり合う第１の方向に延伸するように配置するステップと、
前記２つ以上の強化繊維層の前記第２の端部の前記第２の積み重ねの一部を、前記支持具の第２の部分と重なり合う第２の方向に延伸するように配置するステップとを含み、前記第１および第２の方向が、互いに反対方向に延伸する、
請求項１２に記載の製造する方法。
前記２つ以上の強化繊維層の、前記第１の端部の前記第１の積み重ね、および前記第２の端部の前記第２の積み重ねを移動させる前記ステップが、
前記第１の端部の前記第１の積み重ねの少なくとも１つの層の第１の端部片を、前記第１の方向に対して傾斜した関係で配置するステップと、
前記第２の端部の前記第２の積み重ねの少なくとも１つの層の第２の端部片を、前記第２の方向に対して傾斜した関係で配置するステップと
をさらに含む、請求項１３に記載の製造する方法。
支持具から前記マンドレルを除去するステップをさらに含む、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の製造する方法。
少なくとも１つの追加の強化繊維層を第２のマンドレルの周囲に配置するステップをさらに含む、請求項１５に記載の製造する方法。
前記少なくとも１つの追加の強化繊維層を有する前記第２のマンドレルを、前記支持具の中に配置するステップをさらに含む、請求項１６に記載の製造する方法。
第１の径方向充填部材を、前記少なくとも１つの追加の強化繊維層の最終層に隣接して、かつ前記２つ以上の強化繊維層の前記第１の端部の前記第１の積み重ねの最終層に隣接して配置するステップと、
第２の径方向充填部材を、前記少なくとも１つの追加の強化繊維層の前記最終層に隣接して、かつ前記２つ以上の強化繊維層の前記第２の端部の前記第２の積み重ねの最終層に隣接して配置するステップと
をさらに含む、請求項１７に記載の製造する方法。
少なくとも１つの複合スキンプライを、前記２つ以上の強化繊維層の前記第１の端部の前記第１の積み重ねと、前記２つ以上の強化繊維層の前記第２の端部の前記第２の積み重ねと、前記第１および第２の径方向充填部材と、前記少なくとも１つの追加の強化繊維層の前記最終層とに対して、重なり合う位置に配置するステップをさらに含む、請求項１８に記載の製造する方法。
前記少なくとも１つの追加の強化繊維層、前記第１および第２の径方向充填部材、前記２つ以上の強化繊維層の前記第１の端部の前記第１の積み重ね、前記２つ以上の強化繊維層の前記第２の端部の前記第２の積み重ね、ならびに前記第１の端部の前記第１の積み重ねと、前記第２の端部の前記第２の積み重ねとの間に配置された前記２つ以上の強化繊維層の残りを含む、プリフォーム組立体内に樹脂を注入するステップと、
前記少なくとも１つの追加の強化繊維層、前記第１および第２の径方向充填部材、前記２つ以上の強化繊維層の前記第１の端部の前記第１の積み重ね、前記２つ以上の強化繊維層の前記第２の端部の前記第２の積み重ね、ならびに前記第１の端部の前記第１の積み重ねと、前記第２の端部の前記第２の積み重ねとの間に配置された前記２つ以上の強化繊維層の残りを含む、前記注入されたプリフォーム組立体を、前記少なくとも１つの複合スキンプライと一体成形するステップと
を含む、請求項１９に記載の製造する方法。